import java.util.Stack;

/**
 * @Author 12629
 * @Description：
 */
public class Sort {

    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度：
     *   最坏情况下：O(N^2)  5 4 3 2 1
     *   最好情况下：O(N)    1 2 3 4 5
     *      场景 -> 当数据趋于有序的情况下 直接插入排序效率会变高
     *
     * 空间复杂度：O(1)
     *
     * 稳定性： 稳定的排序
     *     如果一个排序 本身就是稳定的排序 那么 他可以被实现为不稳定的排序
     *     但是 如果一个排序本身就是不稳定的排序 那么他就不可能被实现为稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i-1;
            for (; j >= 0 ; j--) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                }else {
                    //array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }


    /**
     * 时间复杂度在：O(N^1.3 )  -- O(N^1.5)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;//10
        //O(logN) * O(N)
        while (gap > 1) {
            gap /= 2;
            shell(array,gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] array, int gap) {
        //i++交替进行插入排序
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0 ; j -= gap) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+gap] = array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j+gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void selectSort1(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if(array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array,i,minIndex);
        }
    }

    private static void swap(int[] array,int i,int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    public static void selectSort(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        while (left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for(int i = left+1;i <= right;i++) {
                if(array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if(array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array,left,minIndex);
            //第一个数据是最大值
            if(maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array,right,maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        createHeap(array);
        int end = array.length-1;
        while (end > 0) {
            swap(array,0,end);
            siftDown(array,0,end);
            end--;
        }
    }

    private static void createHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length-1-1)/2; parent >= 0 ; parent--) {
            siftDown(array,parent,array.length);
        }
    }

    private static void siftDown(int[] array, int parent, int len) {
        int child = 2 * parent + 1;
        while (child < len) {
            if(child+1 < len && array[child] < array[child+1]) {
                child++;
            }
            //以上找到了左右孩子的最大值 下标
            if(array[child] > array[parent]) {
                swap(array,child,parent);
                parent = child;
                child = 2*parent+1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     *     以下代码 如果程序有序 最好情况下 复杂度为O(N)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        //i代表的是趟数
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
                if(array[j] > array[j+1]) {
                    swap(array,j,j+1);
                    flg = true;
                }
            }
            if(!flg) {
               break;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：
     *    如果是 1 2 3 4 5 或者是 5 4 3 2 1 都是单分支的树
     *    此时效率最低 达到n^2
     * 但是我们一般很少说是N^2 的时间复杂度
     *    一般说时间复杂度都是o(N*logN)
     * 空间复杂度：
     *     最坏：单分支的树  O(N)
     *     最好的：O(logN)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array) {

        quick(array,0,array.length-1);
    }

    private static void quick(int[] array,int left,int right) {
        if(left >= right) {
            return;
        }
        if(right - left + 1 == 7) {
            //使用直接插入排序进行排序
            insertSort2(array,left,right);
            return;
        }
        int index = midThreeNum(array,left,right);
        swap(array,left,index);
        //先划分
        int par = partition(array,left,right);
        quick(array,left,par-1);
        quick(array,par+1,right);
    }

    private static void insertSort2(int[] array,int start,int end) {
        for (int i = start+1; i <= end; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i-1;
            for (; j >= start ; j--) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                }else {
                    //array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 找到中位数的下标
     * @param array
     * @param start
     * @param end
     * @return
     */
    private static int midThreeNum(int[] array,int start,int end) {
        int mid = (start + end) / 2;
        if(array[start] < array[end]) {
            if(array[mid] < array[start]) {
                return start;
            }else if(array[mid] > array[end]) {
                return end;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid] >  array[start]) {
                return start;
            }else if(array[mid] <  array[end]) {
                return end;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    private static int partition(int[] array,int start,int end) {
        int i = start;
        int pivot = array[start];
        while (start < end) {
            //1 2 3 4 5 6
            while (start < end && array[end] >= pivot) {
                end--;
            }
            //5 4 3 2 1
            while(start < end && array[start] <= pivot) {
                start++;
            }
            swap(array,start,end);
        }
        //start == end
        swap(array,i,start);
        return start;
    }

    private static int partition2(int[] array,int start,int end) {

        int pivot = array[start];

        while (start < end) {
            while (start < end && array[end] >= pivot) {
                end--;
            }

            array[start] = array[end];

            while (start < end && array[start] <= pivot) {
                start++;
            }
            array[end] = array[start];
        }

        array[start] = pivot;
        return start;
    }

    private static int partition3(int[] array, int left, int right) {
        int prev = left ;
        int cur = left+1;
        while (cur <= right) {
            if(array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]) {
                swap(array,cur,prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array,prev,left);
        return prev;
    }

    public static void quickSort2(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        int par = partition(array,left,right);

        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        if(par > left+1) {
            stack.push(left);
            stack.push(par-1);
        }
        if(par < right-1) {
            stack.push(par+1);
            stack.push(right);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            par = partition(array,left,right);
            if(par > left+1) {
                stack.push(left);
                stack.push(par-1);
            }
            if(par < right-1) {
                stack.push(par+1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }
    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：O(n*logN)
     * 空间复杂度：O(n)
     * 稳定性：稳定性
     *      插入   冒泡  归并
     * @param array
     */
    public static void mergeSort1(int[] array) {
        mergeSortFunc(array,0,array.length-1);
    }

    public static void mergeSortFunc(int[] array,int left,int right) {
        if(left == right) {
            return;
        }
        int mid = (left + right) / 2;
        //分解
        mergeSortFunc(array,left,mid);
        mergeSortFunc(array,mid+1,right);

        //合并操作
        merge(array,left,right,mid);
    }

    private static void merge(int[] array, int left, int right, int mid) {
        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid+1;
        int e2 = right;
        int[] tmpArr = new int[right-left+1];
        int k = 0;
        //此时2个数组 都至少有一个数据
        while(s1 <= e1 && s2 <= e2) {
            if(array[s1] <= array[s2]) {
                tmpArr[k++] = array[s1++];
            }else{
                tmpArr[k++] = array[s2++];
            }
        }
        while (s1 <= e1) {
            tmpArr[k++] = array[s1++];
        }
        while (s2 <= e2) {
            tmpArr[k++] = array[s2++];
        }
        //保证tmpArr当中的元素是有序的
        for (int i = 0; i < tmpArr.length; i++) {
            array[i+left] = tmpArr[i];
        }
    }

    public static void mergeSort(int[] array) {
        int gap = 1;
        while (gap < array.length) {
            for (int i = 0; i < array.length; i += 2*gap) {
                int left = i;
                int mid = left+gap-1;
                int right = mid+gap;
                if(mid >= array.length) {
                    mid = array.length-1;
                }
                if(right >= array.length) {
                    right = array.length-1;
                }
                merge(array,left,right,mid);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

    /**
     * 计数排序
     * 时间复杂度：O(范围+n)
     * 范围 -> 当前数组的最大值 和 最小值
     * 0 - 1000     [ 0,1,2,3 ,1000]
     * 计数排序的场景：一定是数据集中在某个范围
     * 空间复杂度：O(范围)
     * 稳定性：稳定排序
     * @param array
     */
    public static void countSort(int[] array) {
        //1. 求最大值 和 最小值 来确定 计数数组的大小 len
        //O(N)
        int max = array[0];
        int min = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if(max < array[i]) {
                max = array[i];
            }
            if(min > array[i]) {
                min = array[i];
            }
        }
        int len = max - min + 1;
        int[] count = new int[len];
        //2.遍历原来的数组 存放元素到计数数组当中
        //O(N)
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int index = array[i]-min;
            count[index]++;
        }
        //3. 遍历计数数组
        //O(范围)
        int arrIndex = 0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i] != 0) {
                array[arrIndex] = i+min;
                arrIndex++;
                count[i]--;
            }
        }
    }

}



















